CN104709847A - 一种自平衡式多功能搬运车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自平衡式多功能搬运车，由车体、起升电动机、轮边驱动电机、电机控制器、绞盘、滑轮机构、铰接式两级起升门架、货叉、驱动轮、平衡支腿、锂离子蓄电组、姿控陀螺仪、倾角传感器、机械电气附件等组成。该自平衡式越野多功能搬运车同时具备越野手推车和手动叉车两种作业模式，并可依靠两级起升门架设计实现自行上下车，在路面环境较好时以手动叉车模式自平衡行驶，在路面环境较恶劣时以越野手推车模式助力手推行驶，采用自平衡行驶技术和货物重心自调整技术，以及门架倾倒结构实现两种模式之间的灵活切换。本发明具有车体轻便、作业灵活、功能多样、适应性强等优点，能够有效的提高野外环境下物资装卸搬运效率。
Description
技术领域
[0001] 本发明属于搬运设备技术领域，特别涉及一种自平衡式多功能搬运车。
背景技术
[0002] 现在的手动搬运叉车大多依靠人力，以人为动力，摇动液压泵，驱动液压装置，带动叉车的货叉上下移动，如果要叉车前后移动的话，还需要人力推动，这样的叉车虽然简单，但是耗费人力太多，特别是效率很低，搬运耗费时间较长，并且由于车轮直径小、接地比压大、离地间隙小，难以在野外环境下使用，只能用于平整的水平路面。专利CN102602851B所涉及的便携式越野手动叉车虽然具备了对野外环境的适应性和一定的便携性，但是它主要用于解决野外物资的装卸、上下车问题，完全依赖于人力，效率较低，不能解决物资的野外高效搬运输送问题。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种自平衡式多功能搬运车，可自行上下车的随车保障装备，集物资装卸、自平衡行驶、助力手推搬运、自行上下车等功能为一体。
[0004] 本发明采用的技术方案如下:
[0005] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现:
[0006] 一种自平衡式多功能搬运车，包括:车体、行走驱动装置、升降装置、自平衡系统和控制系统；
[0007] 车体，包括踏板、两级起升门架铰接架、轮边电机安装架、辅助支腿安装支座、起升电机安装座和锂离子电池组固定支座。车体的一端设置有踏板，另一端设置两级起升门架铰接架，两侧下部分别设置有轮边电机安装架，中间下部设置有辅助支腿安装支座，两级起升门架铰接架后端设置有起升电机安装座和锂离子电池组固定支座；
[0008] 行走驱动装置，包括驱动轮、轮边驱动电机和电机控制器，所述驱动轮设置在车体两侧；所述轮边驱动电机内侧固定安装在所述车体两侧的轮边电机安装架上，且与驱动轮连接；轮边驱动电机与电机控制器电气连接；
[0009] 升降装置，包括两级起升门架铰接架、铰接式两级起升门架、操控手柄、可滑动货叉安装架和升降机构；两级起升门架铰接架固定在车体上，铰接式两级起升门架的下端和两级起升门架铰接架铰接，其上部设置操控手柄；货叉与铰接式两级起升门架活动连接；升降机构驱动货叉沿铰接式两级起升门架升降；操控手柄上设有的控制手闸；
[0010] 自平衡系统，设置在车体上，用于调整车体重心位置；
[0011] 控制系统，设置在车体上包括锂离子电池组和整车控制器；升降机构、锂离子电池组、电机控制器、自平衡系统均与整车控制器电气连接；整车控制器与控制手闸电气连接。
[0012] 作为本发明的进一步改进，所述铰接式两级起升门架包括一级门架和二级门架；两级起升门架铰接架固定在车体上，一级门架的下端和两级起升门架铰接架铰接，上端设有操控手柄；二级门架和一级门架相互扣接；所述货叉通过可滑动货叉安装架安装在二级门架上；所述升降机构设置在一级门架底部，升降机构驱动二级门架沿一级门架上升与下降，及驱动货叉沿二级门架上升与下降。
[0013] 作为本发明的进一步改进，所述升降机构包括起升电动机、绞盘和滑轮机构，其中起升电动机与电机控制器连接，起升电动机的输出轴与绞盘连接，绞盘与滑轮机构传动连接；绞盘固定在车体上，滑轮机构固定在铰接式两级起升门架上。
[0014] 作为本发明的进一步改进，所述车体还包括辅助支撑装置，辅助支撑装置设置在车体下部且配有电动伸缩缸，平时辅助支撑装置处于缩回状态，需用辅助支撑装置时，由电动缸驱动伸出且向地面倾斜；辅助支撑装置包括辅助支腿、辅助支腿电动缸和支腿滚轮，辅助支腿电动缸与车体连接，辅助支腿与辅助支腿电动缸连接，辅助支腿的前端设有支腿滚轮；辅助支腿电动缸与整车控制器连接；当辅助支腿电动缸伸出时，支腿滚轮与地面接触。
[0015] 作为本发明的进一步改进，所述自平衡系统包括设置在车体上的整车控制器、姿态陀螺仪和倾角传感器；姿态陀螺仪和倾角传感器均与整车控制器电气连接；
[0016] 作为本发明的进一步改进，所述当货物小于预设重量且路面环境平缓时，多功能搬运车以手动叉车模式自平衡行驶；当路面环境较恶劣或货物大于预设重量时，多功能搬运车以越野手推车模式助力手推行驶。
[0017] 作为本发明的进一步改进，所述两级起升门架铰接架上还设置有用于固定一级门架的卡扣结构；手动叉车模式时，一级门架与车体垂直卡扣；手推车模式时，一级门架与车体踏板一端倾斜卡扣。
[0018] 作为本发明的进一步改进，所述多功能越野手推车最大行驶速度为15km/h。
[0019] 作为本发明的进一步改进，所述货叉上设置有可拆卸货物固定支座。
[0020] 作为本发明的进一步改进，所述两个驱动轮外部均设有防水挡板。
[0021] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果:
[0022] 本发明车体轻便、操作灵活，克服了以往类似装备功能单一、依赖人力、环境适应性差等缺点，可大幅提升物资装卸搬运保障效率。提出了一种针对此款自平衡式多功能搬运车的重心自调整技术，使其可以针对货物重量的不同及时的调整重心位置。当货物较轻时门架不后倾；随着货物重量的增大，门架逐渐后倾，使货物重心尽量后移，方便操作使用。自动行驶，省时省力，并且能够实现上下车，卸货更简单，节省人力成本。
[0023] 进一步，自平衡式越野多功能搬运车同时具备越野手推车和手动叉车两种作业模式，在路面环境较好时以手动叉车模式自平衡行驶，在路面环境较恶劣时以越野手推车模式助力手推行驶，采用自平衡行驶技术和货物重心自调整技术，以及门架倾倒结构实现两种模式之间的灵活切换。
[0024] 进一步，可采用铰接式两级起升门架及货叉的可升降设计实现自动上下车，在物资装车的同时收回门架将车体收起，待车身升到车厢板同高时将搬运车推入车厢内，之后在车厢内将物资卸下，实现自行上下车功能。
[0025] 进一步，升降机构采用绞盘和滑轮机构，简单可靠，保证货物的升降稳定，且保证了上下车的稳定。
[0026] 进一步，提出了一种门架可以倾倒结构，使越野多功能搬运车可以在越野手推车和手动叉车之间灵活切换，增强了对作业环境的适应能力，大幅提高了作业效率。
附图说明
[0027] 图1所示为本发明的总成结构图；la为多功能搬运车的踏板一侧图，Ib为多功能搬运车的货叉一侧图；
[0028] 图2所示为平整路面10kg以下物资搬运状态示意图；2a为多功能搬运车的载货示意图，2b为多功能搬运车的人站立自行驱动示意图；
[0029] 图3所示为崎岖路面条件300kg以内物资的助力搬运状态示意图；
[0030] 图4所示为自行上下车状态示意图；4a为升降货物示意图，4b为上车示意图，4c为进入车厢示意图。
[0031] 其中，附图标记说明如下:
[0032] 1、辅助支腿电动缸；2、踏板；3、车体；4、起升电动机；5、锂离子电池组；6、一级门架；7、操控手柄；8、控制手闸；9、二级门架10、防水挡板；11、货叉；12、货物固定支座；19、轮边驱动电机；14、支腿滚轮；15、辅助支腿；16、可滑动货叉安装架；17、两级起升门架铰接架；13/18、驱动轮。
具体实施方式
[0033] 为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0034] 参照图1，本发明一种自平衡式多功能搬运车，包括车体3、起升电动机4、轮边驱动电机19、两级起升门架铰接架17、辅助支腿电动缸1、踏板2、锂离子电池组5、铰接式两级起升门架、操控手柄7、货叉11、辅助支腿15、支腿滚轮14、可滑动货叉安装架16、驱动轮13和18以及姿控陀螺仪、倾角传感器、机械电气附件、电机控制器、绞盘、滑轮机构等，其中:车体3，包括踏板2、两级起升门架铰接架17、轮边电机安装架、辅助支腿安装支座、起升电机安装座和锂离子电池组固定支座；车体3的一端设置有踏板2，另一端设置两级起升门架铰接架17，两侧下部分别设置有轮边电机安装架，中间下部设置有辅助支腿安装支座，两级起升门架铰接架后端设置有起升电机安装座和锂离子电池组固定支座；车体3用于安装固定铰接式两级起升门架、驱动轮、平衡支腿、锂离子蓄电组、电动机、整车控制器ECU以及其他的机械、电气附件。轮边驱动电机19内侧固定安装在车体3左右两侧轮边电机安装架上，且分别与驱动轮13和18连接；车体3的前端设置有辅助支腿15，辅助支腿15的前端设有支腿滚轮14 ;辅助支腿15工作时向前倾斜伸出，与地面成一定夹角，防止搬运车放置货物后向前倾倒。车体3的后端设置有可供操作者站立的踏板2。辅助支腿电动缸I设置在踏板2底部，且与辅助支腿15连接。两个驱动轮13和18外部均设有防水挡板10，两个驱动轮13和18之间设置两级起升门架铰接架17，铰接式两级起升门架包括一级门架6和二级门架9，一级门架6的下端和两级起升门架铰接架17铰接。一级门架6和二级门架9相互扣接。一级门架6上端设有操控手柄7，操控手柄7上设有控制手闸8 ;一级门架6底部设有机构室，机构室内安装有机械电气附件、电机控制器、绞盘、滑轮机构，一级门架6与车体之间通过两级起升门架铰接架17连接，使一级门架6可相对于车体处于直立状态或倾斜状态从而完成多功能越野手推车在电动叉车与手推车之间的转换。二级门架9的底部设有货叉11，货叉11通过可滑动货叉安装架16安装在二级门架9上，货叉11中间设置有可拆卸货物固定支座12。其中绞盘与滑轮机构配合，在起升电动机4的驱动下可以完成二级门架9沿一级门架6上升与下降，货叉11沿二级门架9上升与下降。滑轮机构与现有的滑轮设置原理相同，采用滑轮组和钢丝实现二级门架9和货叉11的升降。
[0035] 姿控陀螺仪和倾角传感器安装在车体3上，且均与整车控制器ECU连接。锂离子蓄电组为整车控制器ECU、电机控制器、起升电动机4、轮边驱动电机19供电。锂离子蓄电组安装在车体3上。
[0036] 该发明的工作原理如下:
[0037] 整车控制器用于实时监测电机转速、车体姿态、驾驶人员的操作需求、动力电池组SOC值等相关参数，并依据这些参数进行相应的逻辑判断与运算，进而发出指令控制起升电机、轮边电机的工作状态以实现自平衡式越野多功能搬运车在平整路面环境下的货物重心自调整、依据重心判断的自平衡行驶以及在复杂路面环境下的助力行驶。本发明的自平衡控制原理和市场上的自平衡车原理相同，即通过货物的重量和货叉到门架的距离计算力矩，及踏板的到门架的距离和操作人员的重量，利用杠杆原理进行调节货物的升降，控制重心平衡。铰接式两级起升门架在装卸货物时以及道路环境较好负载小于预设重量(例如100kg)时处于直立状态，可与货叉配合实现货物的起升下降，并能实现载人载货自平衡行驶提升工作效率；在道路环境复杂以及货物较重时，其处于倾斜状态实现电动助力行驶类似于有电动助力的手推车。此外铰接式两级起升门架上设有操控手柄7用于实现人对平衡车的操控。起升电动机4主要用于实现物资的起升下降以及平衡车的自动上下车。轮边电机19用于实现自平衡式越野多功能搬运车的行走驱动。电机控制器主要用以接受整车控制器指令，并根据指令控制电机的输出转速、转矩以及调整各电机的工作模式。
[0038] 该自平衡式越野多功能搬运车同时具备越野手推车(即两级起升门架倾倒，操作员手推搬运车搬运车，控制方向及借助自身的驱动力行驶)和手动叉车(即两级起升门架与地面垂直，操作员站立在踏板上控制搬运车叉货物，并控制搬运车行驶)两种作业模式，并可依靠两级起升门架设计实现自行上下车，在路面环境较好时以手动叉车模式自平衡行驶，在路面环境较恶劣时以越野手推车模式助力手推行驶，采用自平衡行驶技术和货物重心自调整技术，以及门架倾倒结构实现两种模式之间的灵活切换。
[0039] 参照图2，当路面较为平整且货物较轻时，多功能越野手推车可以采用自平衡方式行走，此时，倾角传感器和姿控陀螺仪实时检测到的车体位置信号经过滤波处理后传递给整车控制器，整车控制器经过计算后得到此时轮边驱动电机此刻的起停、正反转、转向、速度等状态信息，并将数据实时传递给电机控制器控制轮边驱动电机动作，保证搬运车可以以平衡状态稳定运行。最大行驶速度约为15km/h。
[0040] 当货物重量小于等于10kg时，一级门架6与车体3之间夹角处于90°，搬运车自平衡行驶；当路面环境较恶劣时，一级门架6与车体3之间夹角自动调整至手推车状态助力手推行驶。
[0041] 参照图3，当路面环境较为恶劣或货物较重时，门架可倾斜使整机工作在助力行驶状态，此时，自平衡行驶系统不工作，轮边电机的转速直接由操作员按作业需求进行控制。
[0042] 参照图4，多功能越野手推车可以依靠货叉的起升和下降实现自行上下车功能，上下车时需要依靠货物或操控员来保证整机重心位置。具体工作过程为:当多功能越野手推车载货靠近时，起升货叉11和货物，当高度不够时，再起升二级门架9，直到货叉11与卡车车厢平齐，在将多功能越野手推车的货叉11推入卡车车厢，利用货叉11固定在车厢上，起升车体3，当车体3的驱动轮13和18与车厢平齐时，再将多功能越野手推车推入车厢内，完成自行上车功能，自行下车反向操作既可。必要时可以借助操作人员人为完成平衡调节。
[0043] 本发明具有车体轻便、作业灵活、功能多样、适应性强等优点，能够有效的提高野外环境下物资装卸搬运效率。除了可以自动调整为，所有模式均可以人为按照需要调节控制。
[0044] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种自平衡式多功能搬运车，其特征在于，包括:车体(3)、行走驱动装置、升降装置、自平衡系统和控制系统； 车体(3)，车体(3)的一端设置有踏板(2)，另一端设置两级起升门架铰接架(17)，两侧下部分别设置有轮边电机安装架，中间下部设置有辅助支腿安装支座，两级起升门架铰接架后端设置有起升电机安装座和锂离子电池组固定支座； 行走驱动装置，包括驱动轮(13、18)、轮边驱动电机(19)和电机控制器，所述驱动轮(13,18)设置在车体(3)两侧；所述轮边驱动电机(19)内侧固定安装在所述车体(3)两侧的轮边电机安装架上，且与驱动轮(13、18)连接；轮边驱动电机(19)与电机控制器电连接; 升降装置，包括两级起升门架铰接架(17)、铰接式两级起升门架、操控手柄(7)、可滑动货叉安装架(16)和升降机构；两级起升门架铰接架(17)固定在车体(3)上，铰接式两级起升门架的下端和两级起升门架铰接架(17)铰接，其上部设置操控手柄(7);货叉(11)与铰接式两级起升门架活动连接；升降机构驱动货叉(11)沿铰接式两级起升门架升降；操控手柄⑵上设有的控制手闸⑶； 自平衡系统，设置在车体(3)上，用于调整车体(3)重心位置； 控制系统，设置在车体(3)上包括锂离子电池组(5)和整车控制器；升降机构、锂离子电池组(5)、电机控制器、自平衡系统均与整车控制器电连接；整车控制器与控制手闸(8)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种自平衡式多功能搬运车，其特征在于，所述铰接式两级起升门架包括一级门架(6)和二级门架(9);一级门架(6)的下端和两级起升门架铰接架(17)铰接，上端设有操控手柄(7) ;二级门架(9)和一级门架(6)相互扣接；所述货叉(11)通过可滑动货叉安装架(16)安装在二级门架(9)上；所述升降机构设置在一级门架(6)底部，升降机构驱动二级门架(9)沿一级门架(6)上升与下降，及驱动货叉(11)沿二级门架(9)上升与下降。
3.根据权利要求1或2所述的一种自平衡式多功能搬运车，其特征在于，所述升降机构包括起升电动机(4)、绞盘和滑轮机构，其中起升电动机(4)与电机控制器连接，起升电动机(4)的输出轴与绞盘连接，绞盘与滑轮机构传动连接；绞盘固定在车体(3)上，滑轮机构固定在铰接式两级起升门架上。
4.根据权利要求1所述的一种自平衡式多功能搬运车，其特征在于，所述车体(3)还包括辅助支撑装置，辅助支撑装置设置在车体(3)的下部且配有电动伸缩缸，不使用时，辅助支撑装置处于缩回状态，需用辅助支撑装置时，由电动缸驱动伸出且向地面倾斜；辅助支撑装置包括辅助支腿(15)、辅助支腿电动缸(I)和支腿滚轮(14)，辅助支腿电动缸(I)与车体(3)连接，辅助支腿(15)与辅助支腿电动缸(I)连接，辅助支腿(15)的前端设有支腿滚轮(14);辅助支腿电动缸(I)与整车控制器连接；当辅助支腿电动缸(I)伸出时，支腿滚轮(14)与地面接触。
5.根据权利要求1所述的一种自平衡式多功能搬运车，其特征在于，所述自平衡系统包括设置在车体(3)上的整车控制器、姿态陀螺仪和倾角传感器；姿态陀螺仪和倾角传感器均与整车控制器电连接。
6.根据权利要求1所述的一种自平衡式多功能搬运车，其特征在于，当货物小于预设重量且路面环境平缓时，多功能搬运车以手动叉车模式自平衡行驶；当路面环境较恶劣或货物大于预设重量时，多功能搬运车以越野手推车模式助力手推行驶。
7.根据权利要求6所述的一种自平衡式多功能搬运车，其特征在于，所述两级起升门架铰接架(17)上还设置有用于固定一级门架(6)的卡扣结构；手动叉车模式时，一级门架(6)与车体(3)垂直卡扣；手推车模式时，一级门架(6)与车体(3)踏板(2) —端倾斜卡扣。
8.根据权利要求6所述的一种自平衡式多功能搬运车，其特征在于，所述多功能越野手推车最大行驶速度为15km/h。
9.根据权利要求1所述的一种自平衡式多功能搬运车，其特征在于，所述货叉(11)上设置有可拆卸的货物固定支座(12)。
10.根据权利要求1所述的一种自平衡式多功能搬运车，其特征在于，所述两个驱动轮(13,18)外部均设有防水挡板(10)。
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